晶状体上皮细胞凋亡的研究进展

晶状体上皮细胞凋亡的研究进展
近年来研究发现，晶状体上皮细胞（LEC）凋亡在白内障的发生中具有重要的作用，并发现多种基因参与调控LEC凋亡。

本文总结了该方面的研究进展，希望为研究白内障形成机制和防治方法提供新的依据和参考。

1 LEC凋亡的形态学特点
细胞凋亡（apotosis）或称程序性细胞死亡（pragrammed cell death，PCD），是受基因控制的一种主动性细胞自杀过程，是生物体中一种普遍存在的现象。

Li[1，2]等用透射电镜观察正常及白内障患者晶状体上皮细胞超微结构时发现：正常晶状体上皮细胞形态规则，细胞膜结构清晰，相邻细胞及晶状体囊皮细胞结合紧密，细胞质及染色质均匀无凝缩。

白内障患者晶状体上皮细胞可见凋亡细胞。

这些凋亡细胞与相邻细胞及晶状体囊膜疏松结合，细胞外形不规则、扭曲，进而微绒毛消失，以出芽的方式形成有膜包被的凋亡小体。

从而提出了LEC凋亡是除先天性白内障以外的所有类型白内障形成的细胞学基础。

Michael等[3]用紫外线照射活体鼠24 h后用透射电镜观察鼠LEC，发现部分上皮细胞形成特征性膜胞质小体即凋亡小体。

说明LEC的凋亡参与了辐射性白内障的形成。

2 LEC凋亡的生物化学特征
1980年，Wyllie首次报道小鼠胸腺细胞发生凋亡时其DNA琼脂糖凝胶电泳呈现特征性“梯状”条带(ladder)，这一现象成为PCD的典型特征。

Takamura等[4]用DNA片段分析的方法对白内障LEC凋亡进行研究中亦发现了“梯状”条带。

Marian等[5]通过实验证实晶状体上皮细胞的凋亡在白内障的形成之中是通过Ca2+途径激活的。

Malina等[6]用黄尿酸诱导体外培养的人LEC发生凋亡时，发现凋亡细胞离Ca2+浓度升高，并随着黄尿酸浓度的升高，细胞内游离Ca2+的浓度也升高。

Ghafourifar等[7]研究表明，线粒体内部存在依赖Ca2+的NO合酶(NOS)，线粒体吸收Ca2+后激活NOS，线粒体膜发生脂质过氧化(LOP)，细胞色素C释放，诱导细胞凋亡。

3 LEC凋亡的基因调控
研究发现目前有20余种基因与PCD有关，按基因表达产物对凋亡过程的作用分为2类：（1）促进凋亡的基因，如c-myc、p53、c-Jun、c-fos和Bcl-xs等；（2）抑制细胞凋亡的基因，如bcl-2、bc1-xl、Mc1和MyD16等。

但关于PCD 的确切机制尚不十分清楚。

3.1 bcl-2：bcl-2是一个家族基因，bcl-2、bcl-xl和bax是该家族的重要成员，它们主要通过线粒体途径参与凋亡调控，当细胞受到死亡信号刺激，与Bcl-2或Bcl-xl蛋白相结合的Bax蛋白就会被置换出来，线粒体膜通透性增加，释放出一系列物质，最终导致细胞死亡。

Bcl-2在正常晶状体上皮细胞和老年白内障晶状体上皮细胞均不表达。

Tsujimoto等[8]研究发现转染bcl-2基因可抑制化疗药物、加热、放射性c-myc或p53基因等多种因素诱导的多种细胞的凋亡延长细胞生存的时间。

Schwartz 等[9]认为bcl-2是一种抗氧化剂，能抑制过氧化物诱导的凋亡。

Mao YW[10]等实验结果显示：bcl-2能调节兔晶状体上皮细胞表达，通过下调β晶状体蛋白基因bcl-2，减弱由H2O2诱导的兔晶状体上皮细胞对凋亡的抵抗力。

3.2 Bax：为编码bcl-2相关蛋白x的基因，其与bcl-2功能刚好相反，促进细胞凋亡。

bax与bcl-2在同一细胞共同表达时，bax可拮抗bcl-2的凋亡作用。

Li等[11]在研究多聚醚脂肪酸诱导兔LEC凋亡时，发现多聚醚脂肪酸通过抑制蛋白磷酸酶-1使兔LEC快速凋亡，同时bax的mRNA和蛋白水平升高，表明bax 表达水平的升高在凋亡过程中发挥了重要的作用。

3.3 P53：P53是一种典型的抑癌基因，是目前发现的与人类肿瘤相关性最高的基因，编码的蛋白位于细胞核内，对细胞生长起负调节作用，能促进PCD。

p53分为野生型和突变型2种，野生型p53对PCD具有激发作用，而突变型p53则有抑制PCD的作用。

李桂荣等[12]发现在老年白内障组LEC中p53基因和蛋白表达均高于正常组，说明p53基因促进了LEC的凋亡，导致了晶状体混浊。

3.4 c-myc基因：c-myc基因是一种癌基因，具有潜在的抑制PCD的作用。

它主要参与转录，而在转录过程中可以是激活启动而诱导细胞周期进程和分化，也可以是抑制启动而导致阻止细胞分化或程序死亡，因此它既是激活子又是抑制子。

这种取决于在有足够的促进增殖因子存在时，c-myc促进癌细胞增殖，当某些生长因子缺乏和有抑癌因子存在时，则可诱导细胞凋亡[13]。

Hann SR等[14]发现半乳糖白内障早期有c-myc基因的高表达，说明在白内障发生过程中也存在有“快速早期反应”核因子的变化，白内障后期c-myc基因的蛋白表达水平可恢复正常。

林宏华等[15]的研究发现，LEC中c-myc水平在半乳糖诱导第七天和十四天均高于对照组，尽管第二十四天接近正常水平，但LEC凋亡率却很高。

可见c-myc基因参与了LEC的凋亡过程，导致晶状体混浊的发生。

3.5 Fas/FasL：属于TNF受体，神经生长因子受体及其配体超家族中的成员，Fas是I型膜蛋白，胞浆区一段约80个氨基酸序列与TNF-R1同源，介导细胞死亡，称为死亡区。

FasL为Ⅱ型膜蛋白，它是Fas的天然配体。

Fas通过和FasL
结合而介导表达Fas的细胞发生凋亡，Fas/FasL系统所诱导的细胞凋亡机制在机体与肿瘤细胞对抗中具有重要的生物学意义[16]。

Okamura等[17]比较了年龄相关性白内障和糖尿病性白内障LEC的免疫组化及RT-PCR表明有增殖性视网膜病变的白内障组Fas及其mRNA的表达明显增高。

认为PCD在合并有增殖性视网膜病变的白内障组可能是通过Fas途径介导的。

3.6 c-fos及c-jun基因：c-fos在人类染色体上定位于14q。

c-fos和jun蛋白系列形成一聚体构成转录因子复合物AP-1。

c-fos作为AP-1的成分，是参与细胞分裂、分化以及转化的一种重要分子。

Wenzel A等[18]研究认为，在细胞内外环境的改变或某些诱导剂的作用下，某些细胞发生凋亡的同时存在c-fos表达的增加或过度表达。

即c-fos基因可启动PCD。

目前认为c-jun基因主要通过蛋白激酶C传导通路对PCD进行调控与白内障的发生有密切的关系。

Li等发现在H2O2诱导的大鼠白内障中，c-fos及c-jun都有mRNA水平的表达增强。

Tempestini A等[19]发现由于氧化损伤、紫外线照射、钙离子等作用，触发了c-fos及c-jun 细胞凋亡机制，使LECs的结构和功能通过凋亡受损。

引起成纤维细胞中钙离子聚集，并随之发生一系列生化改变。

如激活蛋白水解酶Calpainl和CalpainII，细胞骨架和晶状体蛋白变性，大分子聚集，形成白内障。

国内亦有报道[20]c-fos、c-jun与LECs凋亡之间呈一定相关性，尤以c-fos表达与凋亡细胞的相关性最强。

白内障发病机制十分复杂，目前临床上尚无切实有效的预防药物。

从PCD 角度进一步研究白内障的发病机制，进而通过药物抑制LECs凋亡以防治白内障是眼科工作者面临的新课题。

随着细胞生物学和分子生物学的发展，凋亡的基因调控机制将会得到进一步揭示，有望通过促进凋亡抑制基因的表达、抑制激活基因的表达，或通过抑制凋亡诱导物和阻抑其活性物的形式而达到治疗目的，同时对于后发白内障的研究方面亦具有重要的参考价值。